梨树断陷油气封存机理与成藏关系研究

为查明梨树断陷油气充注与成藏机理,基于钻井地层压力数据,深入分析了研究区地层压力分布、油气封存条件及类型、油气组合等特征。结果表明,梨树断陷发育2套含油气组合,且早期发育高压—超高压流体封存箱;受后期构造活动影响,封存箱内流体发生调整与交换,并在构造稳定区形成原生油气藏,而构造改造区形成次生油气藏。根据构造样式、主充注期与构造活动的匹配关系等,将研究区流体封存箱分为3类6种,流体封存箱控制了油气组合样式及油气富集。油气封存机理研究对准确把握勘探主要目的层,推进高效勘探具有极为重要的指导意义。

煤层CO_(2)地质封存的微观机理研究

煤层CO_(2)地质封存可实现CO_(2)减排和增产煤层气双重目标,是一种极具发展前景的碳封存技术。相对于其他封存地质体而言,煤的微孔极其发育,煤层CO_(2)封存机制与煤中气、水微观作用关系密切,其内在影响机理尚不清楚。以2个烟煤样品的系统煤岩学分析测试为基础,构建了煤的大分子结构及板状孔隙空间模型,进一步采用分子动力学方法模拟了不同温、压条件下、不同煤基质类型表面的CO_(2)和水的润湿行为,揭示煤层CO_(2)注入后引起的水润湿性变化规律,初步阐明煤层CO_(2)封存的可注性、封存潜力、封存有效性等影响因素及微观作用机理。结果表明:(1)影响煤润湿性的主要因素是煤中极性含氧官能团,其含量越高煤的润湿性越强;(2)煤中注入CO_(2)后,CO_(2)通过溶解作用穿透水分子层与水分子发生竞争吸附,从而减小水在煤表面润湿性;(3)随注入压力增大和温度降低,煤表面CO_(2)吸附量增多,对氢键破坏作用增强,润湿性减弱越明显;(4)亲水性煤层CO_(2)的可注性及封存潜力均相对较差,然而其封存安全性相对较好;(5)影响煤层CO_(2)封存潜力主要是吸附封存和毛管封存,而影响封存有效性、安全性的主要是毛管封存和构造封存;(6)煤中CO_(2)封存以吸附封存为主,需同时考虑含水条件下毛管封存;相对于低煤阶煤,高阶煤封存潜力较高,但封存注入时需要克服“水锁”效应。进一步开展原位条件下深部煤层中气水作用与CO_(2)地质封存机理研究,这对于CO_(2)-ECBM技术发展具有重要意义。

不同地质体中CO_(2)封存研究进展

碳捕集、利用与封存(CCUS)技术是降低二氧化碳(CO_(2))排放、缓解气候变化问题的重要措施。作为CCUS技术的重要组成部分,CO_(2)地质封存是我国能源工业领域实现碳中和目标的“兜底”技术。常见的CO_(2)封存地质体包括深部咸水层、枯竭油气藏、深部不可采煤层和玄武岩等,不同地质体中CO_(2)的封存过程及其机理存在差异。综述了不同地质体中的CO_(2)封存机理、国际国内CO_(2)封存的主要工程实例以及不同地质体中CO_(2)封存潜力的计算方法,并对CO_(2)地质封存的前景进行了展望。

气藏注CO_(2)提高采收率及封存评价方法研究进展

CO_(2)利用与封存是CCUS的两个重要环节,其中CO_(2)-EGR技术对于实现绿色碳减排与天然气增产的双重目标具有巨大的发展潜力。梳理了CO_(2)提高天然气采收率及封存机理、CO_(2)提高天然气采收率及封存的潜力与评价方法。结果表明:CO_(2)提高天然气采收率机理主要为:物性差异、竞争吸附及筛滤置换作用、连续对流排驱作用、恢复气藏压力与抑制水侵作用以及储层溶蚀改造作用;CO_(2)气藏封存机理包括构造封存、残余气封存、溶解封存以及矿化封存;CO_(2)提高天然气采收率评价方法有数值模拟评价、理论评价、物理实验评价;气藏CO_(2)封存评价方法包括有效容积法、物质平衡法、数值模拟评价、理论评价等;尽管CO_(2)提高天然气藏采收率及封存评价方法已初步建立,但适用范围仍较小,需要结合中国天然气藏地质特征进一步完善,提高封存评价准确性。

含油气盆地咸水层二氧化碳封存潜力评价方法

以含油气盆地咸水层为对象,针对规模化工程实施需求,综合考虑地质因素、工程因素、经济因素等3方面限制条件,提出了适合于含油气盆地特点的四尺度、三层级碳封存潜力评价方法。结合中国含油气盆地特点,将含油气盆地封存潜力划分为盆地级、坳陷级、区带级与圈闭级4个评价尺度,封存潜力评价划分为理论封存量、工程封存量与经济封存量3个层级。理论封存量基于含油气盆地地质参数、储集层条件及流体性质,可细分为构造封存、束缚封存、溶解封存、矿化封存4种埋存机理;工程封存量受注入能力、安全封存压力、布井数量、注入时间影响;经济封存量基于盈亏平衡原理,主要考虑碳价收益、钻井投资及操作成本的影响。苏北盆地高邮凹陷咸水储集层评价结果表明,咸水储集层理论封存量中构造封存量占比最大,其次为溶解封存量和束缚封存量,矿化封存量最低;考虑注入性、安全性与经济性条件后,CO_(2)工程封存量和经济封存量与理论封存量相比大幅降低,分别仅为理论封存量的21.0%和17.6%。

水气交替CO_(2)咸水层地质封存数值模拟研究

CO_(2)咸水层封存潜力巨大,水气交替方式可以提高CO_(2)咸水层封存效果。采用数值模拟方法并基于地球化学反应“过渡态”理论和润湿滞后原理,建立了考虑构造封存、残余气封存、矿物封存和溶解封存的CO_(2)咸水层封存模型,探究了水气交替方式对CO_(2)在咸水层地质封存的封存演化过程和封存安全稳定性的影响。研究结果表明:水气交替方式加快了构造封存向残余气封存、矿物封存和溶解封存机理的转变,提高了残余气封存量和溶解封存量;注气阶段主要以构造封存为主,注水阶段构造封存量下降,残余气封存量先增大随后缓慢下降,溶解封存量和矿物封存量逐步增大,CO_(2)咸水层封存的稳定封存率逐步提高;矿物封存中矿物的分解和生成是动态变化的过程,钙长石逐步分解而方解石和高岭石逐步沉淀。本文研究的水气交替方式可为CO_(2)在咸水层的封存提供理论和工程实践思路参考。

盐水层CO_(2)封存潜力评价及适应性评价方法研究进展

盐水层CO_(2)封存是可行的技术部署方案之一,也是中长期CO_(2)深度减排的主要方式。针对盐水层封存潜力的评估要求,对CO_(2)地质封存的4种封存机理进行了系统阐述,并基于封存机理对沉积盆地中盐水层封存潜力的计算方法进行了梳理分析。通过总结归纳国内外盐水层封存评价体系,建立了涵括安全、技术、经济和社会环境4类评价指标层的盐水层封存适宜性评价指标体系,利用层次分析法确定了各指标的权重。对于具有开放构造和丰富水文地质作用的盐水层,推荐考虑残余气封存和溶解封存结合的方法评估封存潜力,盐水层CO_(2)地质封存适宜性评价指标体系的建立为开展全国性的CO_(2)封存适宜性评价工作提供参考。

某海域X凹陷枯竭气藏二氧化碳封存潜力估算

近年来国际社会在二氧化碳减排方面达成了共识,碳捕集与封存技术为二氧化碳减排的重要手段,其中海域封存是实现二氧化碳减排的一项最具发展潜力的方法之一。某海域X凹陷目前已开发的气田以凝析气藏为主,部分气田已进入开发后期,面临枯竭,枯竭后的气藏是良好的二氧化碳封存箱体。为明确X凹陷枯竭气藏的封存潜力,该研究主要估算构造、束缚和溶解三种机理的埋存量。X凹陷枯竭气藏的埋存二氧化碳的理论封存量为7.32×108 t,有效储存容量(2.39~4.63)×108 t。研究结果表明该海域封存二氧化碳的潜力较大,前景较好,为后续开展二氧化碳封存项目论证提供依据。

苏北盆地油田封存二氧化碳潜力初探

油田二氧化碳封存是减少温室气体排放量最有效的途径之一,油藏中封存CO2主要有构造地层储存、束缚气储存、溶解储存和矿化储存等四种方式,CO2在油藏中的地质储存容量采用国际上通用的资源储量金字塔理论来进行潜力评价。本文通过分析油田CO2封存机理,结合江苏省苏北盆地的地质和构造条件,对苏北盆地油田进行CO2封存潜力研究。苏北盆地油田多为低渗透和含水油藏,在储存CO2的潜力上,东台坳陷优于盐阜坳陷,次级单元中又以高邮凹陷、金湖凹陷封存CO2潜力最大,一系列小型构造单元比较适合于CO2封存,并有利于后期的保存。在封盖能力上,苏北盆地在垂向上有明显的两分性,下部上白垩系和古新统盖层相对上部始新统盖层对CO2封盖性更好。估算得到苏北盆地油田埋存CO2的理论储存容量为1.5054×108t,有效储存容量为0.0828×108t～0.4421×108t,表明苏北油田封存CO2的潜力较大。

玄武岩CO_(2)地质封存研究进展

玄武岩CO_(2)地质封存相比于常规的封存技术(如驱油驱气注入封存和深部咸水层封存),具有能促进快速碳矿化、封存效果长久且安全及封存容量巨大等明显优点。目前玄武岩CO_(2)封存理论方面的研究已经取得了大量进展:①对常见主要成岩矿物的封存能力进行了排序;②进一步了解玄武岩的矿物成分、玄武岩层内孔隙分布特征及其形成机理;③完善了对玄武岩CO_(2)封存机理、反应速率及影响因素等方面的认识;④查明了玄武岩在地球上的分布并评估了各种典型玄武岩的封存潜力;⑤发现适合于CO_(2)封存的场地主要包括大陆溢流型玄武岩、洋底高原玄武岩和洋中脊玄武岩等三种类型,并对目标储层选择提出了初步评价标准。本文在综述玄武岩固碳机理、玄武岩CO_(2)地质封存潜力及封存场地与目标储层选择的基础上,介绍了世界上已有的三个玄武岩CO_(2)地质封存工程示范项目:冰岛Carbfix、美国Wallula和日本Nagaoka,探讨了玄武岩CO_(2)地质封存存在的若干问题:①反应速率受多种因素影响,对最终封存效果起着决定性作用;②堵塞或压裂和保护层会影响注入封存的稳定性或可持续性;③封存潜力评价方法和结果不同;④封存场地选址和储层选择缺乏统一标准与规范;⑤Carbfix方法的使用受限。

CO_(2)在玄武岩中矿物封存研究进展及关键问题

玄武岩分布广泛,CO_(2)埋存潜力巨大,为掌握玄武岩CO_(2)矿物封存的研究现状,推动我国玄武岩CO_(2)地质埋存技术发展,综述了玄武岩的储层物性、CO_(2)封存机理、埋存潜力、埋存方案等方面的研究进展及工程实施效果,总结了CO_(2)玄武岩埋存优势及亟待解决的关键问题。气水同注可以实现最快的CO_(2)矿物封存,冰岛的碳封存项目CarbFix已成功证明了在玄武岩开展CO_(2)矿物封存的可行性,但仍存在以下关键问题需解决,包括揭示地层孔隙条件下CO_(2)-玄武岩-地层水的相互作用特征,明确地化反应导致的固相颗粒运移、沉积以及可能引起的孔喉堵塞风险,建立完善的玄武岩储层筛选和CO_(2)埋存潜力评价方法,提出成本低、安全有效的CO_(2)快速矿物封存方案。

深部咸水层CO_2地质封存研究现状

从超临界CO2的物理性质出发,总结国内外深部咸水层封存CO2的机理研究、数值模拟、试验研究和工程应用方面所取得的主要成果。指出以往的研究主要集中于单一尺度研究均质地层封存CO2,较少考虑多尺度非均质性对咸水层封存CO2的影响。认为CO2在多尺度非均质深部咸水层中的运移与俘获特征将是碳捕捉封存技术的研究重点。

二氧化碳驱油与封存技术和经济性能综述

根据CO2驱油与封存机理,对国内外CO2驱油与封存技术和经济性能的现状进行分析。我国需对CO2驱油与封存进行深入的分析研究,技术性能方面包括对注入油层过程进行CO2性能分析、油藏性质分析,以及对防腐材料、涂层的研究,加强含杂质的CO2和可改变原油组分物质的性能分析,加强油藏地质结构、渗透率、油藏纵向非均质性,油藏流体饱和程度、油藏流体性质的性能分析研究。经济性能方面包括建立CO2运输及驱油管道优化设计性能分析,制定完备的法律政策。

超临界状态CO2封存技术研究进展

详细介绍了超临界 CO2的物化性质及其与地层水和矿物的作用,并详述了其基本工艺流程、封存机理、封存类型及影响因素,通过对国内外研究现状进行对比和综合分析,指出其在诸多方面的优势,同时从不同角度阐述了超临界二氧化碳封存技术面临的挑战和问题,并指出研发多技术联合的新型封存技术为下阶段的发展目标。

CO_(2)在咸水层的地质封存及应用进展

CO_(2)在咸水层(盐沼池构造)中的封存是地质封存技术中封存量最大、最有前景的途径。总结了咸水层中封存CO_(2)机理及其在工程应用方面的主要进展。咸水层中CO_(2)地质封存的俘获机理比较复杂,是由一系列物理和地球化学的俘获机理共同作用的结果。论述了CO_(2)在咸水层地质封存的主要封存机理,如构造地层封存机理、水力学封存机理、束缚气封存机理、溶解封存机理和矿物化封存机理。现有的CO_(2)地质封存项目的顺利运行证明了其在咸水层中封存技术上的可行性。CCUS技术成功应用于咸水层仍有许多问题需要解决,如地质封存项目广泛分布在全球不同地质条件,需要不同的监测技术、法律监管问题及经济效益评估。

我国积极推进碳封存地质调查工作

为服务“双碳”目标实现,我国积极推进碳封存地质调查及相关技术试验并取得一系列新进展。目前我国持续深化碳封存机理、选址、监测等技术研究,探索开展人工干预增加岩溶碳汇试验,推进陕北百万吨级碳封存重大示范选址、黄河三角洲地质储能先导性试验。目前渤海、南黄海等重点海域碳封存选区评价已经完成。江西、山东探索开展沉积盆地咸水层碳储存潜力评价与碳封存试验。